興能電廠管狀皮帶排灰通道沉降觀測

耿高峰

(西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203)

1 觀測站建立的目的

南六采區(qū)是西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦的主要銜接采區(qū)，作為主采煤層的2．3#煤層和8#煤層總煤量為5 412．2萬t，兩煤層服務(wù)年限共計(jì)約25年，經(jīng)濟(jì)效益巨大。同時古交電廠在鎮(zhèn)城底礦南六采區(qū)上方建設(shè)矸石轉(zhuǎn)運(yùn)站及皮帶走廊排灰通道，還有灰?guī)熳o(hù)壩等建構(gòu)筑物。如果在這些建構(gòu)筑物范圍內(nèi)留設(shè)煤柱，面積為99萬m2，壓煤量為952萬t，煤炭資源損失嚴(yán)重。

為保證南六采區(qū)的順利開采和古交電廠排灰通道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鎮(zhèn)城底礦在22620工作面上方建立電廠排灰通道地表巖移觀測站。通過對排灰通道的現(xiàn)場實(shí)地觀測，取得本礦區(qū)的移動參數(shù)，分析觀測成果，掌握其移動規(guī)律，以便在電廠排灰支架出現(xiàn)裂縫和下沉后，及時采取措施進(jìn)行修補(bǔ)、保護(hù)或進(jìn)行抗變形預(yù)計(jì)，使皮帶走廊架子免受開采的有害影響。

2 觀測站周邊環(huán)境以及地質(zhì)采礦條件

2．1 觀測站所處區(qū)域位置及地形情況

觀測站布點(diǎn)區(qū)域位于22620工作面上方，該工作面地表位于元家山村以東，王家坡村以南，雞兒溝西北部，蓋山厚度為333～478 m;井下位置屬于南六采區(qū)，北鄰760東一回風(fēng)、皮帶、軌道大巷，南、東鄰礦界，西為未開采區(qū)。

礦井南六采區(qū)位于呂梁山脈中段的東翼，屬中低山區(qū)。區(qū)域內(nèi)溝谷縱橫，切割劇烈，地形十分復(fù)雜。除排灰場外，其余均為新生界黃土層覆蓋。山頭及山脊處較為平緩，溝谷多呈“V”字型，兩側(cè)呈臺階狀。

2．2 管狀皮帶排灰通道實(shí)際情況

興能電廠管狀皮帶排灰通道從鎮(zhèn)城底礦22620工作面上方與工作面12°的方向斜交通過，皮帶在工作面中心部位支架G48距切眼距離約237 m，軌道順槽一側(cè)支架G43距切眼距離222 m，皮帶順槽一側(cè)支架G57距切眼距離282 m，自工作面邊界共有12個支架(G43～G57)處于采空區(qū)的正上方。

2．3 管狀皮帶排灰通道下部回采工作面情況

22620工作面所采煤層為2．3#煤層，煤層穩(wěn)定，整體呈一向斜構(gòu)造，軸向98°，煤層傾角2°～10°，平均為6°，底板標(biāo)高753～807 m，地面標(biāo)高1 140 ～1 231m，平均采深431 m，工作面走向長1 207 m，傾向?qū)挒?70 m，平均采厚3．37 m。工作面開采方式為走向長臂式開采，頂板管理為全部跨落法，屬于非充分采動。該工作面于2011年8月開始回采，2011年11月1日工作面在軌道順槽一側(cè)通過管狀皮帶，2011年11月21日工作面在皮帶順槽一側(cè)通過管狀皮帶。

3 觀測線和觀測點(diǎn)的布置情況

根據(jù)《煤礦測量規(guī)程》第257條：地表移動觀測站一般可設(shè)走向觀測線和傾斜觀測線各一條，設(shè)在移動盆地的主斷面位置。如回采工作面的走向長度大于(1．4·H0+50)m，亦可設(shè)置兩條傾斜觀測線，但至少應(yīng)相距50 m，并且應(yīng)距開切眼或停采線0．7H0以上。

此次在布置觀測線時，考慮到區(qū)內(nèi)溝谷縱橫、地形復(fù)雜、埋點(diǎn)和觀測條件比較困難，應(yīng)以管狀皮帶作為重點(diǎn)觀測目標(biāo)，共布置傾斜觀測線2條，走向觀測線1條，管狀皮帶觀測線1條，控制點(diǎn)6個，觀測點(diǎn)52個;其中管狀皮帶觀測線布置觀測點(diǎn)20個，走向觀測線布置觀測點(diǎn)7個，傾斜觀測線兩條，共布置觀測點(diǎn)14個，離散觀測點(diǎn)16個。

4 觀測工作技術(shù)要求

4．1 控制點(diǎn)觀測精度要求

控制點(diǎn)按一級導(dǎo)線布設(shè)，測角中誤差為±5″。此次采用儀器DJ2索佳SET 230RK型全站儀，其特點(diǎn)是：跟蹤測距模式 ±(5+2 ×10－6×D，D 為平距)，精度達(dá)到1 mm，測距時間0．5 s，測距精度高，速度快;測角精度達(dá)到1″，從而保證了角度、距離的高精度測量。

4．2 觀測點(diǎn)觀測精度要求

在設(shè)站地區(qū)未受采動影響之前，獨(dú)立進(jìn)行兩次全面觀測，兩次測得的同一高程不大于10 mm、同一邊的長度差不大于4 mm時，取平均值作為觀測站的原始觀測數(shù)據(jù)。

在地表穩(wěn)定后，進(jìn)行最后一次全面觀測，地表穩(wěn)定的標(biāo)志是：連續(xù)6個月觀測地表各點(diǎn)的累積下沉值均小于30 mm。

觀測方法和精度要求嚴(yán)格按照《煤礦測量規(guī)程》第262條和263條規(guī)定執(zhí)行。平面測量采用支導(dǎo)線測量方法，按10"級導(dǎo)線精度要求，采用全站儀進(jìn)行兩測回觀測。觀測點(diǎn)的距離觀測按四等光電測距邊的要求進(jìn)行。

5 觀測資料成果的整理

按照《煤礦測量規(guī)程》第269條的規(guī)定：每次觀測工作結(jié)束后，應(yīng)及時完成下列工作：

1)檢查外業(yè)手簿。

2)計(jì)算所有觀測點(diǎn)的高程。

3)計(jì)算相鄰點(diǎn)間的水平距離在觀測方向上的投影長度。

4)按觀測線計(jì)算各種移動與變形，包括各觀測點(diǎn)的下沉值W及水平移動值U;相鄰各點(diǎn)間的垂直變形(傾斜i與曲率k)與水平變形ε(拉伸與壓縮);測點(diǎn)的下沉速度Vw(可只計(jì)算個別觀測點(diǎn))。

根據(jù)以上規(guī)定，管狀皮帶走廊每次野外手簿經(jīng)過整理后，便計(jì)算各觀測點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，隨后計(jì)算觀測線上各測點(diǎn)間的移動和變形。

6 觀測資料成果

管狀皮帶走廊觀測站從2011年10月15日在受影響區(qū)域開始布置變形觀測網(wǎng)，至2012年3月31日皮帶觀測點(diǎn)下沉速度均小于1．67mm/d(衰退期衡量值)，共觀測28次。

截至2012年3月31日，22620工作面從切眼推進(jìn)了712 m，22620皮帶巷回采過皮帶走廊423 m，22620軌道巷回采過皮帶走廊490 m。從皮帶支架布置的觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)來看，位于22620工作面范圍以外皮帶走廊左側(cè)的4個觀測點(diǎn)(G63～G57)和右側(cè)的5個觀測點(diǎn)(G42～G35)的平均累計(jì)下沉量分別為361．3 mm和196．8 mm。位于22620工作面范圍內(nèi)的皮帶走廊的7個觀測點(diǎn)(G43～G55)累計(jì)下沉量已549～1 392 mm，平均累計(jì)下沉量為1 068．1 mm，累計(jì)水平移動量達(dá)到268．8～579 mm。其中，位于皮帶走廊觀測線中心的觀測點(diǎn)G50累計(jì)下沉量最大，達(dá)到1 392 mm;累計(jì)水平移動量最大的觀測點(diǎn)G46達(dá)到579 mm，累計(jì)下沉量最小的是G43，其累計(jì)下沉量為549 mm;累計(jì)水平移動量最小的G50為268．8 mm。

7 開采對皮帶的影響

1)經(jīng)過28期的觀測，位于皮帶走廊觀測線中心的觀測點(diǎn) G50的累計(jì)最大下沉量最大，達(dá)到1 392 mm。

2)從各期的觀測結(jié)果顯示，第15期皮帶走廊觀測線中心觀測點(diǎn)G50的下沉速度最大，達(dá)到45 mm/d，之后下沉速度逐漸減小。

3)軌道巷和皮帶巷內(nèi)側(cè)支架受到最大傾斜變形，軌道巷一側(cè)出現(xiàn)在G42～G43之間，皮帶巷一側(cè)出現(xiàn)在G55～G57之間，最大傾斜值為6．3 mm/m。

4)工作面邊界外支架部位受到拉伸變形和正曲率變形，軌道巷一側(cè)出現(xiàn)在G38～G39之間，皮帶巷一側(cè)出現(xiàn)在G61～G63之間，最大拉伸變形達(dá)2．13 mm/m;工作面中心部位支架受到壓縮變形和負(fù)曲率變形的影響，出現(xiàn)在G48～G50之間，最大壓縮變形值達(dá)到5．18 mm/m。

8 采取的措施

由于采取了以下措施，鎮(zhèn)城底礦22620工作面開采對興能電廠管狀皮帶走廊的運(yùn)營并未產(chǎn)生影響。

1)在支架周邊挖變形補(bǔ)償溝，減少了壓縮變形對支架的影響。

2)在支架上加軌枕支撐，抵消了不均勻沉陷變形。

3)解開支架固定螺栓，卸載地表沉陷引發(fā)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

4)在支架側(cè)面加斜拉力，避免傾斜變形的影響。

9 結(jié)語

鎮(zhèn)城底礦22620工作面上方興能電廠管狀皮帶走廊巖移觀測站的建立，為該礦的開采沉陷尋找規(guī)律，并通過巖移觀測獲得的成果進(jìn)一步指導(dǎo)以后的地表建筑物保護(hù)及煤柱留設(shè)，保護(hù)該礦區(qū)范圍內(nèi)地表建筑物等免受開采的有害影響。同時，可對西山以及其他礦區(qū)的的開采沉陷提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，為將來西山地區(qū)采煤沉陷控制提供技術(shù)支持。

［1］ 何國清．開采沉陷學(xué)［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社1991：89－93．

［2］ 中華人民共和國能源部．煤礦測量規(guī)程［S］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2000：73－79．